4.7 河涌水面线

4.7.1 基本原理

河涌水面线计算的基本原理为根据圣维南方程组建立的用四点隐式差分格式求解的一维非恒定流河网水动力学模型。基本计算公式为圣维南方程组：

式中 Z——t时刻的水位，m；

Q——t时刻的流量，m³/s；

F——t时刻的过水断面面积，m²；

B——t时刻的水面宽度，m；

N——河道糙率，屏山河、幸福涌取0.025，其他河涌取0.027；

g——重力加速度，m/s²；

——固定水位时对距离X求偏导。

4.7.2 计算方法

河涌水面线采用一维河网水动力学模型，具体的计算方法和步骤如下：

（1）根据区域地形特征和城市建设规划情况，以及现状和规划的排涝工程布置特点，绘制河网概化拓扑图。

（2）选择合理数量的河涌断面，计算各条河涌的断面要素。

（3）根据河网概化图和河网分布特点，按河段数将将钟村镇排涝区划分为31个排涝小区，分别计算设计洪水。

（4）分析确定临界外江节点的设计外江水位过程。

（5）合理拟定各条河涌的最高控制水位。

（6）将初步拟定的水闸和泵站规模，以及水闸泵站联合调度方式嵌入模型中各节点的运算过程中，经过试算，达到较优的计算结果，满足河涌的最高水位控制要求。

（7）提出满足要求的河涌水面线计算结果和水闸泵站设计规模。

4.7.3 边界条件

（1）河涌断面。根据钟村镇排涝区的水系特点和河网特性，在利用一维河网水动力学模型计算河涌水面线时，分别对屏山河、幸福涌、胜石河、海棠涌、石三河、大洲内河涌、韦涌、都那涌以及新客站地区新开河涌进行断面概化，其中屏山河、幸福涌、胜石河、海棠涌按规划断面进行概化，其他河涌断面按现状条件概化，概化时断面间距一般取为500～1500m。

（2）设计洪涝水。在采用一维河网水动力学模型计算河涌水面线时，需要根据河网概化河段及节点情况，河段的汇流特点，将整个钟村镇排涝区划分为较小的分区，分区时尽量让每个分区的汇流面积相近，然后分别计算每个分区的设计洪水，但各分区设计洪水成果最终以屏山闸以上排涝区的设计洪水成果作为控制。

（3）设计外江潮位过程。设计外江潮位过程主要为临近陈村水道的陈头水闸、西码头水闸、韦涌水闸和位于屏山河的屏山水闸的潮位过程，计算时同样采用多年平均高潮位过程和多年平均最高潮位过程二种潮位过程，分别对自排水闸规模和抽排情况下的泵站规模进行复核，并确定自排和抽排情况下的水闸泵站联合运用方式。

（4）起调水位。钟村镇排涝区起排水位按暴雨来临前河涌预排后考虑，及河涌起调水位确定为-0.5m。

（5）河涌控制水位。河涌的最高控制水位与“平湖法”调蓄计算时的控制水位一致，即屏山河最高控制水位2.0m，幸福涌、海棠涌、石三河等河涌最高控制水位确定为1.5m，胜石河最高控制水位2.0m。

（6）河道糙率。钟村镇排涝区河道糙率缺乏实测资料，糙率参数根据各河流的现状以及规划断面型式，并参考《水力计算手册》和市桥河流域中原有相关规划报告的设计成果，初步拟定屏山河和幸福涌的综合糙率为0.025，其余河涌的综合糙率取为0.027。

（7）泵闸联合运用方式。自排情况下，外江水位较低，首先开启闸门，外江水位高于闸门前水位时，关闸；待到外江水位回落，低于闸门前水位时，开闸抢排，直至闸前水位到河涌常水位0.2m后关闸，维持常水位。

抽排情况下，外江水位较高，此时关闭闸门，水位闸内水位抬升至-0.40m时，开启泵站抽排，直到外江水位开始回落，并低于闸内水位时，开闸抢排，直至闸前水位到河涌常水位0.2m后关闸，维持正常水位。

4.7.4 河涌水面线计算成果

经过数学模型法的复核计算，按照初步拟定的河涌整治断面、水闸和泵站规模，遭遇外江高潮位过程时，自排情况下各河道水面线略高于调蓄计算的水位，遭遇外江最高潮位过程时，抽排情况下各河涌水面线与调蓄结果接近。所以，本次拟定的河涌的整治宽度、水闸和泵站规模，能够满足各排涝区的最高控制水位的要求。